厂房通风降温我国民用建筑空调的发展前景高压变频器在转炉顶吹中

1 我国宏观经济和城市民用建筑的发展情景设定

党的十六大明确提出了我国第三步战略目标的具体部署，即要在2020年“全面建设小康社会，在优化结构和提高效益的基础上，国内生产总值比2000年翻两番，基本实现工业化”。

这个宏伟的发展目标必然对我国经济的各个层面产生深远影响。

1.1 经济结构

在今后15年中，预计第一产业增加值在GDP中所占比重不断降低；第三产业增长迅速，第二产业增加值在GDP中所占比重将出现先增长，后降低的趋势。预计第一产业增加值在GDP中所占比重2020年为13.6%；第二产业增加值在GDP中所占比重2020年为42.9～46%；第三产业增加值在GDP中所占比重2020年为41%～43%，2050年51%～56%。

1.2 按名义汇率计算的GDP

按照我国总体经济战略规划，到2010年我国国内生产总值达到17.88万亿元RMB，2020年达到26.82万亿元RMB。两个阶段的年均增长速度分别为7.1%和4.14%。需要指出，近年以过度投资拉动的超常规增长使得资本形成所积累的一系列低效率问题逐渐暴露出来，重复建设形成的无效资本、大量库存积压、国际反倾销对我国企业的打压、企业利润率的下降，以及高速发展对资源环境的破坏等都是导致经济增长速度将呈下降趋势的重要因素。

1.3 人口

预计我国人口总规模为：2010年14亿左右；2020年15亿左右。

1.4 人均GDP

人民币的汇率政策正在调整，人民币不再紧盯美元。因此，今后我国的GDP统计必然按照国际上通行的购买力平价（PPP）标准。如果按世界银行的统计，我国2003年人均GDP（按PPP计算）已经达到4990美元，已经超过当年低中等收入国家水平（4320美元），这显然是高估了。而如果参照中等收入国家购买力平价计算所得人均GDP比名义汇率计算所得高出1.9倍的比例计算，2010年和2020年我国人均GDP将分别达到2932和4104美元，2020年我国将进入中等发达国家行列。

1.5 城市化

我国城市化水平从由1985年的22%上升到2004年的41.8%，城市化速度是世界同期的两倍。但2000年世界的平均城市化水平已经达到47%，其中中等发达国家为50%，高收入国家为79%。从世界城市化进程来看，城市化率从36%提高到60%属于加速期，因此，中国的城市化率还将不断提高。如果按1985～2004年间城市化率的平均增长速度计算，2020年我国城市化率在50％以上。而根据国务院发展研究中心的预测，2020年我国城市化率当在60%左右（58.7%）。

1.6 房屋建设

截至2003年底，全国城镇房屋建筑总面积达140.91亿m2，其中住宅建筑面积89.11亿m2，占房屋建筑面积的比重为63.24%。

图1 我国城镇房屋建筑面积的增长（10亿平方米）

根据建设部小康社会居住目标，可以分析得到2010年和2020年的建筑面积。

表1 我国城市住宅和公共建筑的发展预测

2010年 2020年 2020年
(情景1) (情景2)

城市化水平 % 45% 50% 60%

城镇人口总数 亿 6.3 7.5 9.0

城镇人均住房建筑面积m2 26.5 30 35

城镇住宅建筑总面积 亿m2 166.95 225 315

城镇人均公共建筑面积 m2 8.06 10.75 12.5

城镇公共建筑总面积 亿m2 50.80 80.6 112.5

城镇民用建筑总面积 亿m2 217.75 305.6 427.5

表1中2020年的预测之一是按城市化率的低限设置的情景；而预测之二是按城市化率的高限和小康居住目标设置的情景。

2 我国空调的市场需求和发展前景

2.1 住宅空调发展现状

我国房间空调器生产开始于1978年。1991～1993年进入了起步阶段，1994～1996年步入加速发展期，1997～2003年进入高速发展阶段，生产量平均每年递增24～59%。经过十多年的发展，中国房间空调器产业已经拥有了占世界产量一半以上的生产规模，成为名副其实的房间空调器世界第一生产大国。

根据日本空调采暖和制冷新闻（JARN）预测， 2004年全世界对房间空调器（RAC）和单元式空调机（PAC）的总需求量为5600万台，其中中国为2000万台，占36%。从图2可以看出，中国一国的产量实际已经超过全世界的需求，我国家用空调器的产能已经过剩。

图2 我国房间空调器产量的增长

图2中显示，我国房间空调器的生产年均增长率为40.5%。而图3中则反映了我国城市每百户家庭房间空调器拥有量的增长情况。2002年，我国仅有10个省市百户家庭空调器拥有量在50台以上，而到了2003年，便增加到16个省市。增长势头很猛（见图3），但年均增长率为27.04%，还是赶不上生产量的增长。

图3 我国每百户家庭房间空调器的拥有量（台）

研究发现，家庭房间空调器的拥有量与人均GDP的增长有很好的线性相关性。图4是笔者以上海的情况分析得到的相关关系。当人均GDP达到4000～4500美元时，住宅空调得到普及（达到户均1台）。

图4 每百户家庭空调器拥有量与人均GDP之间的相关关系

我国是世界上热量带最多的国家，东部地区与世界上同纬度地区相比，夏季偏热，冬季更冷。在我国人口稠密的城市，室内既需要冬季采暖，也需要夏季供冷。我国小康社会的住宅，将从满足生存需要实现向舒适型的转变。良好的室内热环境是提高生活质量的重要环节。因此，住宅空调的普及是必然的趋势。

2.2 集中空调的发展现状

根据中国制冷与空调行业协会的统计数据，2000年到2003年全国制冷空调行业经济年均增长速度高于我国GDP增长速度。

表2 2000-2003全国集中空调主机生产量（台/套）

2000 2001 2002 2003
（销量）

活塞式冷水机组 4,000 2,517 2,493 4,645

螺杆式冷水机组 3,056 3,910 5,663 8,977

离心式冷水机组 481 698 947 1,240

蒸汽/温水型溴化锂冷热水机组 1,194 1,460 1,268 1,053

直燃式溴化锂冷热水机组&

一、背景情况

　　抚顺新抚钢炼钢二部（即新二炼）厂房始建于85年，89年正式投产，拥有公称15吨氧气顶吹转炉3座（现已扩容至公称20吨），2001年产钢量71万吨，2002年预计产量100万吨，2003年产钢170万吨。

　　转炉吹炼过程中，炉口会排出大量棕红色的烟气，烟气温度高、含有易燃气体和金属颗粒，按照我国1996年颁布的《大气污染物综合排放标准》（GB16297一1996），对烟气必须冷却、净化，由引风机将其排至烟囱放散或输送到煤气回收工程中备用。新二炼生产采用“三吹三”方式，每个转炉都配有一套除尘工程，除尘工程采用二级文氏管烟尘净化方式，烟道直径Φ1.6m,烟气输送管线820mm，风机型号D700，电机功率440KW/6KV。由于转炉周期性间断吹氧，为满足节能和环保要求,要求风机在整个炼钢工作周期内变速运行，吹氧时高速运行，不吹氧时低速运行。原来采用液力耦合器调速，高速2700r/min（设计2900r/min），低速800r/min。由于液力耦合器技术的局限性，使得调速范围在30%～90％之间，转速不稳定；而且，低速800r/min仍然偏高，造成能源浪费，高速运行时，液力耦合器有时丢转，转炉炉口冒烟；

　　经过10多年的使用，液力耦合器已严重老化，需经常更换轴承，造成转炉停产，不能满足连续生产的需要。

　　电动机的效率低，损耗大，尤其低速运行时，效率极低；
　　调节精度低、线性度差，响应慢；
　　启动电流仍比较大，影响电网稳定；
　　液力耦合器故障时，无法切换至工频旁路运行，必须停机检修；
　　漏油严重，对环境污染大，地面被油污蚀严重；
　　鉴于液力耦合器存在上述众多问题，对其进行改造已成当务之急。
　　
　　2001年底，二炼钢开始扩容改造。为了提高风机的运行效率，解决使用液力耦合器带来的众多问题，新抚钢决定进行变频改造。

二、变频器改造方案

　　要求变频器要有高可靠性，长期运行无故障。
　　要求变频器有旁路功能，一旦出现故障，可使电机切换到工频运行。
　　调速范围要大，效率要高。
　　具有逻辑控制能力，可以自动按照吹氧周期升降速。
　　有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，让风机不喘震。
　　
　　经过多方调研、比较，最后新抚钢同北京利德华福电气技术有限公司合作，共同制定了1号转炉除尘风机的变频改造方案，改造方案如下：

1、设备配置

KM：变频器供电的高压真空断路器
KG1、KG2、KG3： 真空接触器
BPQ：HARSVERT-A06/080变频器
DJ： 440KW/6KV异步电动机。
KM为原有高压开关，KG1、KG2、KG3。

　　DJ为原有异步电机，如果将来扩容到630KW/6KV普通三相异步电机，变频器必须具备驱动能力。
　　
　　风机高速运行时，如果变频器出现严重故障，应将电机自动切换到工频电网运行，当前吹炼周期结束后，自动断开KG3，检修变频器，变频器检修完毕后，通过复位按钮，自动返回原变频调速状态。如果在低速运行，则立即断开KG3，开始检修。这样，在变频器出现严重故障时，工程能够自动转入工频电网中，负载不用停机，满足现场不能停机的要求。

2、电机及风机参数

电机参数： 　　　　风机参数：
型 号：JK134-2　　型号：D700-13-2
额定功率：440KW　　进气容积流量：700m3/min(混合煤气)
额定电压： 6KV　　　压力增加值： 2600mmH2O
额定频率： 50Hz　　进气温度： 35℃
额定电流： 50A　　　主轴转速： 2975rpm
额定功率因数：0.89　轴功率： 370kw
额定效率： 92.5% 　　额定转速： 2970rpm

3、除尘风机工艺要求

1）吹炼工艺周期

　　A到B为兑铁加废钢时间。
　　B到C为风机升速时间，可以调节。
　　C到D为吹氧时间。
　　D点风机开始减速。
　　D到E为倒炉测温取样时间。
　　E到F为出钢时间。
　　F到G为溅渣时间。

　　整个吹炼工艺周期约21分钟，其中高速时间（C到D）12分钟。高速定为45Hz,可以调节；低速定为5Hz,可以调节。

2）变频器和现场接口

　　在B点，由现场提供一对闭合节点（氮氧转换点），变频器从低速向高速启动。在C点，变频器到达高速后，给现场提供一对闭合节点（高速状态节点），以便现场操作工进行下氧枪工作。在D点，现场向变频器提供另一对闭合节点（风机减速点），变频器开始降速，降速时间不作具体要求，但在减速过程中如果需要提速，变频器应能满足提速要求。

　　风机转速、氮氧切换节点、氧枪位置节点三者满足如下关系：

现场提供给变频器的两对节点（氮氧转换点、风机减速点）及变频器提供给现场的高速状态节点均为无源节点，具有2A/30VDC或0.8A/230VAC的容量。

3）变频器技术指标

　　输入电压 　三相交流有效值 6.3KV±10％
　　输入频率 　50±5Hz
　　输出电压 　三相正弦波电压0-6KV
　　输出频率 　0-50Hz
　　频率分辨率 　　0.01HZ
　　加速时间 　可按工艺要求设定
　　减速时问 　可按工艺要求设定
　　频率设定方式 　高低两级速度，可在0-50Hz范围内调整
　　故障诊断及检测 　　自动检测，自动定位
　　网侧功率因数 　0．95（高速时）
　　过载保护 　　120％l分种（每10分钟）、150％立即保护
　　防护等级 　IP20
　　环境温度 　0-40℃
　　环境湿度 　90%,无凝结
　　海拔高度 　1000米以下

三、设备运行情况

　　2001年底我公司向北京利德华福电气技术有限公司定购了一台高压变频器，型号为HARSVERT-A06/080，2002年3月14日变频器正式投入使用，我们认为该变频器的生产、安装、调试周期都很短，总共仅有3个多月的时间，为1号转炉按时投产提供了有力的保证。

　　1、 同原来使用液力耦合器比较，北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频器有以下优点：
　　运行稳定，安全可靠。原来使用液力耦合器大概40天左右就必须更换轴承，每次需停炉半天左右，带来的巨大的经济损失。HARSVERT-A变频器具有免维护的特点，只需定期更换柜门上的通风滤网，不用停机，保证了生产的连续性。

　　2、节能效果显著，大大降低了吨钢电耗。

　　3、电动机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，降低了电机的故障次数。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机长期在共振点运行，使风机工作平稳，风机轴承磨损减少，延长了电机、风机的使用寿命和维修周期，提高了风机的利用时率。

　　4、变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，大大加强了对电机的保护。在变频器调试期间，变频器自动保护，报电机过流。经检查发现电动机有一相线鼻子发生断裂，电机缺相运行，造成过流。我们及时进行了检修，避免了事故的扩大化。

　　5、变频器同现场信号无缝接口，满足生产的需要。变频器内置PLC，现场信号接入灵活。转炉为变频器提供一对高速、低速节点，变频器按照节点的状态自动高速、低速往复运行；将以前仪表柜中的转炉的烟气流量、烟气温度信号接入变频器，把仪表柜拆除，大大节约了场地。变频器自带转速测定，原来同电机相连的测速器也被取消，由变频器为现场直接提供电机转速指示。

　　6、适应电网电压波动能力强，有时电网电压高达6.9KV，变频器仍能正常运行。

　　7、同液力耦合器比较，在加速期间大大减小了噪声，削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承，减少了机油对环境的污染，使风机房的现场环境有了极大改善。

四、节能分析

　　同液力耦合器比较，吨钢除尘电耗平均减少2.76度/吨；
　　1号转炉年产钢量今年预计为35万吨，电价为0.44元/度；
　　年节电总额为：35万吨×2.76×0.44＝425040元，节电率为39.2%。

　　同时由于HARSVERT-A变频器的可靠性，避免了原来液力耦合器发生故障时，转炉停炉造成高炉甩铁的情况发生，其经济效益、社会效益也是是巨大的。

五、结束语

　　从几个月的运行情况来看，北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A06/080高压大功率变频器性能好，可靠性高，节能效果明显，满足连续生产对调速工程的要求，我公司决定在2号、3号转炉改造中继续使用，目前2号、3号转炉配套的变频器已达现场，正在安装调试中。

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